油田注水系统停运水源井-深井泵流程模拟设计毕业设计

1、油田注水系统停运水源井-深井泵流程的模拟设计虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。木次设计首次 将三维仿真技术应用到汤原县方兴试采有限责任公司的仿真培训中，给用户展现 更加真实的场景。运用三维建模软件3ds max构建了各个元件的模型，进行了深井泵房的建 模、管线的建模以及一些电源部件的建模等。通过材质、贴图、灯光和模型优化 等处理技术完成模型的优化。3ds max模型在与virtools结合并进行了基于三维 虚拟现实的动画制作。应用虚拟现实制作软件virtools进行了虚拟场景中人物和 深井泵房的操作流程的模拟，分演示、训练、考核三部分展示了油出注水系统停 运水源井深井泵的操

2、作流程以及工作原理，使培训人员能够更直观、更深刻地掌 握油田注水系统停运水源井深井泵工作的整个流程，以及工作原理。关键词：深水泵；三维模型；动画；virtoolsabstractvirtual reality technology is a highly realistic simulation people in their natural environments, listen, dynamic behavior such as man-machine interface technology, simple is a kind of can create and experience

3、the virtual world of computer system. the design for the first time will be 3 d simulation technology is applied to the original tang county fang xing stopes simulation training co., ltd., give users a more realistic scenario.if you want to create a wonderful virtual environment, first of all, to cr

4、eate the perfect virtual scene, the construction of a 3 d model is the foundation of the cement car can realize the virtual scene simulation, virtual visual generation technique is also an important content in the study. in the design of 3 d model created mainly through 3 d max 9 to implement, this

5、paper in detail introduces the modeling of 3 d max 9 main technologies and methods, and often appear in the process of modeling problems and solutions, and the successful application of the technology to create a virtual scene. is proposed based on the 3 d geometric modeling method of 3 d max large-

6、scale three-dimensional virtual scene modeling thought, technical route and implementation method, and presents a based on 3 d virtual reality modeling technology of 3 d max modeling process.key words: deep water pump; 3 d model; animation; virtools第1章绪论11.1三维技术概述112三维动画仿真技术的应用11. 3三维动画技术的发展2第2章 开发工

7、具简介32. 1建模工具一3d max32. 2 整合工具virtools62. 3 辅助工具一photoshop cs7第3章停运水源井-深井泵系统设计83.1停运水源井-深井泵需求分析83. 2停运水源井-深井泵总体设计11第4章停运水源井-深井泵虚拟场景的详细设计与实现134. 1三维场景模型的构建134. 2三维场景模型的优化234. 3停运水源井-深井泵动画制作流程234. 4停运水源井-深井泵虚拟场景实现244. 5系统脚本设计29结论30参考文献31致谢32第1章绪论虚拟现实技术是近年来在计算机领域引起广泛关注的技术，虚拟现实技 术是21世纪高科技发展的一个重要方向。三维建模技术

8、是虚拟现实中最重 要的技术领域，也是虚拟现实技术中的关键技术之一。三维建模技术是整个 虚拟现实系统建立的基础，是所有应用屮的一个关键的步骤和技术叫1.1三维技术概述所谓三维技术就是利用计算机进行动画的设计与创作，产生真实的立体 场最与动画。而动画的基本原理是利用人得视觉暂留，当许多动作连续的单 张图像以至少每秒12张得速度播放，我们就认为这些图象是连续的，活动 的。随着计算机的速度越来越快、图形处理、数据存储和网络功能的越来越 强，电脑三维动画制作也从实验室走向应用。一般说来，传统的手工动画制作要完成一分钟的动画制作，就得手工绘 制720张以上的图片；尽管其中也有制作技巧可以节省部分工作量，但

9、是制 作过程还是相当繁琐的，一般人根本无法参与这样的动画制作活动（化 与传 统的二维手工制作的动画相比，电脑第一次真正地使三维动画成为可能，极 大地提高了工作效率，増强了动画制作效果。利用电脑进行三维动画的创作 不仅使动画制作摆脱了传统的手工劳动的繁琐，把人真正地解放出来，也使 动画制作跨入一个全新的时代同吋使每个人都有了充分展示自己的才华、进 行创造性劳动的机会，因此三维技术收到了广泛的欢迎。1.2三维动画仿真技术的应用三维动画又称3d动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生 的新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在 这个虚拟的三维世界屮按照要表现的对象的形状

10、尺寸建立模型以及场景，再 根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其他动画参数，最后按 要求把模型赋予特定的材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机 自动运算，生成最后的画面。三维动画技术模拟真实物体的方式使其成为一个有用的工具。由于其精 确性、真实性和无限的可操作性，目前被广泛应用于医学、教育、军事、娱 乐等诸多领域。在影视广告制作方面，这些新技术能够给人耳目一新的感觉， 因此受到了众多客户的欢迎。三维动画可以用于广告和电影电视剧的特效制 作（如爆炸、烟雾、下雨、光效等）、特技（撞车、变形、虚拟场景或角色 等）、广告产品展示、片头飞字等叫三维动画涉及影视特效创意、前期拍摄、影视3

11、d动画、特效后期合成、 影视剧特效动画等。随着计算机三维影像技术的不断发展，三维图形技术越 来越被人们所看重。三维动画因为它比平而图更直观，更能给观赏者以身临 其境的感觉，尤其适用于那些尚未实现或准备实施的项目，使观赏者提前领 略实施后的精彩结果。1.3三维动画技术的发展三维仿真技术的成熟以及迅猛发展让我们看到了这个行业的潜在发展前景， 同时带动的和关行业有三维仿真制作、三维动画、三维仿真动画、虚拟三维、虚 拟仿真等。下面就关于三维动画的发展为大家做个分享：三维动画目前己经全球性的大型新型产业，而其所带来的经济效益与社会影 响力也越来越大，所以三维动画在我国的发展也受到了国内各界的关注。所以关

12、 注程度日益增高，但是三维仿真动画在国内的发展却遇到了很多的困难，首先缺 少专业型的技术人才，而人才的培养却又不像专业的那么的完善和系统，缺少创 新，缺少本土品牌。随着科技的发展，现今的动画可以通过计算机生成，从制作方式到观念，都 产生了革命性的变化。计算机动画不仅摆脫了繁重的手工制作，并以其简便、高 效、更具表现力的特点得到越来越广泛的应用。三维仿真动画主要依靠电脑图像技术，在虚拟的三维空间中，建造模型，设 置色彩与材质，模拟真实灯光，并使这些物体在三维空间中动起来，画面效果真 实、生活，可以体现出现实生活中所无法模拟的场面。所以给观众带来了极大的 喜爱，同时冃前的三维动画影片也在创造一个个

13、的票房之最，无论是从经济上说 还是从文化上来说，都是空前绝后的。第2章开发工具简介停运水源井深井泵虚拟场景是通过3d max建模工具创建相关模型的虚 拟环境，让用户能够在所构建的虚拟场景中概要的了解操作流程。2.1建模工具一3d max3d max是世界上应用最广泛的三维建模、动画、渲染软件，广泛应用于游 戏开发、角色动画、电影电视视觉效果和设计行业等领域。3d max是由autodesk 公司旗下的discreet公司开发推出的三维造型与动画制作软件。在上个世纪90年 代之前，3d制作软件还是大型工作站所特有的软件，一般人是很难接触到的。而 3d max软件率先将以前仅能在图形工作站上运行的

14、三维造型与动画制作软件移 植到微机电脑硬件平台上，因此该软件一经推出就受到广大设计人员和爱好者的 欢迎，获得了广大的用户支持。2.1.1 3d max 的特点3d max与其他的3d制作软件相比较，它具有易学、功能强大、应用广泛等 特点。它是集建模、材质、灯光、渲染、动画、输出等于一体的全方位3d制作 软件，可以为创作者提供多方面的选择，满足不同的需要。3d max系统拥有许多优良的特性,包括气象万千的材质编辑器(material editor)o用户界面提供了强大的灵活性和工作能力。造型命令和编辑修改命令， 功能相当强大。多操作系统支持，系统在windows 9x和windows nt上都可

15、以运 行。方便控制和编辑动画顺序的对话框。和其它相关软件配合流畅。做出来的效 果非常的逼真。3d max提供了过去的建模、动画及渲染解决方案，但是这个系统的潜力要 靠一个庞大的插件和扩展程序市场来支持，比如有支持其带有阴影能力的体积烟 雾渲染输出的插件，或者模拟复杂流体动力学的插件等，3d studio max是第一款 可以直接通过插件程序渲染出flash动画格式的三维软件，另外还有几种插件渲 染程序，可以支持3d studio max进行更强有力的光线追踪算法和全局照明渲染。 如果加上这些高端的插件程序，3d studio max要比其他的软件程序贵很多。2.1.2学习3d max应具备的能

16、力(1) 三维空间能力三维空间能力的锻炼，熟练掌握视图、坐标与物体的位置关系。应该要做到 放眼过去就可以判断物体的空间位置关系，可以随心所欲地控制物体的位置。这 是最基木的要掌握的内容，如果掌握不好，下面的所有内容都会受到影响。有了 设计基础和空间能力的朋友，掌握起来其实很简单；没有基础的朋友，只要有科 学的学习和锻炼方法，也可以很快地掌握。这是课程培训里的第一步，一般人第 一天就可以掌握了。（2）基本操作命令基本的几个操作命令：选择、移动、旋转、缩放、镜像、对齐、阵列、视图 工具，这些命令是最常用也是最基本的，几乎所有制作都用到。几个常用的三维 和二维几何体的创建及参数，熟悉了之后，就掌握了

17、 3dmax的基本操作习惯。（3）二维图案编辑二维图案的编辑，这是非常重要的一部分内容，很多三维物体的生成和效果 都是取决于二维图案。主要是用"edit spline"來实现。对于曲线图案的点、段、线 编辑主要涉及到儿个常用的命令：attach refine outline boolean trim weld fillet chamfer等，熟练掌握这些子命令，才可以自如地编辑各类图案。（4）常用编辑命令几个常用必备的编辑命令，掌握了这些命令，制作效果的模型一般都可以应 付了，此外还有些命令，也在效果图制作中时有用到。掌握了几个这样的命令， 其他的都可以完全自行学习了，但是

18、也不必要每个都了解，毕竞有一部分极少用 到的。这也是z前提到的学习要分清楚方向和应用。不是眉毛胡子一把抓。（5）材质灯光材质、灯光是不可分割的，材质效果是靠灯光来体现的，材质也应该影响灯 光效果表现。没有灯光的世界都是黑的。材质、灯光效果是效果图的灵魂，也是 效果图制作一个难点。如何掌握好材质灯光效果，大概也有以下几个途径和方法: 掌握常用的材质参数、贴图的原理和应用。 熟悉灯光的参数及与材质效果的关系。 灯光、材质效果地表现主要是物理方面的体现，应该加强实际常识的认识 和物理知识。 想掌握好材质、灯光效果的控制，除了以上的几方面，感觉也是很重要的, 也是突破境界的一个瓶颈。所谓的感觉，就是艺

19、术方面的修养，这就需要不断加 强美术方面的修养，多注意观察实际生活中的效果，加强色彩方面的知识等。2.1.3 3d max动画制作流程一个完整的三维动画的制作总体上可分为前期制作、动画片段制作与后期合 成3个部分，以下让我们浅谈一下三维动画制作的流程。以建筑动画为例，计算 机三维动画制作的一般过程为：(1) 前期制作前期制作时指在使用计算机制作前，对动画进行的规划与设计。前期准备是 非常重要的，通常称z为动画的脚本设计，是对整个动画的一个初步规划。这可 能会花费很多的时间及精力，但一个准备充分的脚本会明显减少构思被否定的机 率，更可减少客户对创意的认知差异，减少修改次数。(2) 模型制作这是三

20、维动画中很繁重的一项工作，模型制作是整个动画的基础。借助计算 机三维动画软件(autocad, 3d max、maya等)将设计方案输入计算机，建立三 维模型。(3) 材质赋予所谓材质实际上是对物体表面定义的一系列属性，包括颜色、质感、纹理、 反射、透明等。可利用材质库，或自己制作材质。赋予景物表面一定的材料，是 真实表现实际景物的关键。在3d max系统中，为了表现物体表面材料的质感， 材料属性中还包括另外一组十分重要的属性，即材料的贴图。材料的贴图包括漫 反射贴图、表面凹凸贴图、自发光贴图、反射贴图等。(4) 照明设置设置光源的位置、方向、亮度等。光的设置要保证模拟效果，接近于自然光 或特

21、殊光源，以求逼真的效果。如今的三维软件系统在阴影算法及光照算法方面 己能逼真地模拟岀环境光。冃前，三维软件系统中普遍采用的光照方法主要有两 种：一种是局部光照，它只考虑光源的漫反射，如镜面反射；另外一种是全局光 照，它主要考虑物体间的相互影响及光在物体间的吸收情况，如反射、折射等。(5) 摄影机设置依照摄像原理在三维动画制作中使用摄影机，实现分镜头剧本设计的镜头效 果。画面的稳定、流畅是使用摄影机的第一要素。选择适当的拍摄角度，这对于 作品的构图形式及整体艺术风格的把握有很重要的意义叫2.1.4 3d max的发展历程3d max的出现给动画爱好者带来了莫大的喜讯，其强大的功能可以在当时 的3

22、86pc机上流畅的运行，最重要的是3d studio max价格却是非常的低廉，一 推岀在市场上就引起极大的回响。由autodesk旗下的kinetix开发的dos版本 的3d studio max诞生在20世纪80年代末，进入90年代后，随着pc计算机软 硬件技术的高速发展，16位操作系统dos平台转入32位的windows平台。3d studio max必须面临windows平台的移植困难，因此3d studio max的开发工作 悄然启动。1996年转型为windows操作系统下的桌面程序，由kinetix正式推岀，命名 为3d max,在随后的2.5和3.0版本中，3d max的功能慢

23、慢完善起来，将当时 主流的技术包含了进去，如增加了被称为工业标准的nurbs建模方式。其后的 3.1版是非常优秀的版本，其卓越的稳定性致使现在有许多人还在使用此版本。在 随后的升级中，它不断把优秀的插件整合进来，在4.0版中收入了以前单独出售 的character studio；在5.0版屮加入了功能强大的reactor动力学模拟系统，全局 光和光能传递渲染系统；在6.0版本中将3d max爱好者期待已久的电影级渲染 器mental ray整合了进来；在7.0版中新增了多边形建模和非线性动画以及群集 模拟功能；在8.0版中集成了 autodesk vault全功能数据管理和资源跟踪解决方 案，

24、解决了数据管理、角色动画以及其速度、性能提升的要求，从而满足了三维 动画制作流程不断增长的复朵性。从国际上看，电脑动画技术的发展止在趋向于规模化、网络化。首先，规模 化是指应用范围广而应用水平和产生的效益高，在许多的行业和应用领域都可以 使用3d max软件来完成动画和效果，特别是游戏这个新兴行业，利用3d max来 制作图形动画设计、角色动画设计、高级动漫游戏造型设计、3d多媒体设计等。 其次，网络化表现为网络技术和电脑动画技术间的相互促进。2.2整合工具一virtools2.2.1 virtools 简介virtools是一套整合软件，可以将现有常用的档案格式整合在一起，使用者只 需要利用

25、鼠标拖放virtools自带的行为模块(简称bb)到对象的行为脚本 (script)中设计交互便可建构出丰富的互动应用程序，并支持脚本语言vsl和 sdk,使开发的流程缩短、开发的难度降低；3ds max强大的建模功能可以得到 virtools自带的3d模型文件转换插件的支持，使得实时三维交互产品的技术实 现变得便捷、高效；virtools自带的网页播放器3d life player可以播放 virtools输出的iltml文件,因而使得virtools的运行环境降低,同时还支持 基于b/s (browser/server)模式的虚拟试验系统的开发设计；全新概念的pcs (product co

26、ntext scenario)制作流程，提供各阶层的使用者从产品的初期设 计、虚拟环境的仿真、再到3d互动操作的完整体验，大幅度降低了产品的研发 吋间与开发成本，能制作出很多不同领域的三维产品：如建筑仿真、军事模拟、 多媒体教学、数字娱乐、游戏开发等，应用领域非常广泛。virtools制作具有沉浸感的虚拟环境，它对参与者生成诸如视觉、听觉、触 觉、味觉等各种感官信息，给参与者一种身临其境的感觉。因此是一种新发展的、 具有新含义的一种人机交互系统。virtools主要经由一个设计完善的图形使用者界面，使用模块化的行为模块 撰写互动行为元素的脚本语言。这使得使用者能够快速地熟悉各种功能，包括从 简

27、单的变形到力学功能等。virtools nj以制作出许多不同用途的3d产品，如网际 网络、计算机游戏、多媒体、建筑设计、交互式电视、教育训练、仿真与产品展 示等。因为在台湾已经普及到和当规模，所以汉语教材和和关项目的从业经验已 经十分丰富与成熟。2.2.2 virtools的特点及应用virtools制作具有沉浸感的虚拟环境，它对参与者生成诸如视觉、听觉、 触觉、味觉等各种感官信息，给参与者一种身临其境的感觉，是一种新发展的、 具有新含义的一种人机交互系统。可以制作出许多不同用途的3d产品，如网际 网络、计算机游戏、多媒体、建筑设计、交互式电视、教育训练、仿真与产品展 示等等。此外采用virt

28、ools开发项目还具有减小开发难度、降低开发周期、真 实性好、交互性强等特点。2.3 辅助工具一photoshop csphotoshop cs是由adobe公司lb品,英文全称是adobe systems inc,始创于 1982年，是广告、印刷、出版和web领域首屈一指的图形设计、岀版和成像软 件设计公司，同时也是世界上第二大桌面软件公司。公司为图形设计人员、专业 出版人员、文档处理机构和web设计人员，以及商业用户和消费者提供了首屈一 指的软件。使用adobe的软件，用户可以设计、出版和制作具有精彩视觉效果的 图像和文件。photoshop是adobe的核心产品。photoshop v8

29、.0是photoshop中最经典的版 本，它不仅是专业摄影师理想的选择，也是图像处理爱好者的首选工具o photoshop v8.0提供了简洁的工作界面和丰富实用的功能，photoshop v8.0由标题栏、工具 箱、菜单栏、属性栏和选项面板组成，photoshop v8.0的工具由移动工具、魔棒 工具、钢笔工具、渐变工具、套索工具等组成，photoshop v8.0的滤镜包括像素 化、扭曲、杂色、模糊、渲染、画笔描边、素描、纹理、艺术效果、锐化、风格 化、其他。photoshop v8.0的选项面板由画笔、图层、路径、色板、导航器组成。第3章停运水源井深井泵系统设计3.1停运水源井深井泵需求

30、分析该系统的一个主要功能就是进行停运水源井深井泵安全操作的仿真。其仿真 模型与实际停运水源井深井泵的相似度必须达到90%以上，从而达到虚拟与现实 的统一。对于初级受训人员，主要进行安全意识教学和操作器材的认识。首先了 解一下安全操作注意事项。然后认真观察虚拟工人的操作细节及相关工作原理。3.1.1深井泵的基本知识简介深井泵的最大特点是将电动机泵制成一体，它是浸入地下水井中进行抽吸和 输送水的一种泵，被广泛应用于农田排灌、工矿企业、城市给排水和污水处理等。 由于电动机同时潜入水中，故对于电动机的结构要求比一般电动机特殊。开泵前，吸入管和泵内必须充满液体。开泵后，叶轮高速旋转，其中的液体 随着叶片

31、一起旋转，在离心力的作用下，飞离叶轮向外射出，射出的液体在泵壳 扩散室内速度逐渐变慢，压力逐渐增加，然后从泵出口，排出管流出。此时，在 叶片屮心处由于液体被甩向周围而形成既没有空气又没有液体的真空低压区，液 池中的液体在池面大气压的作用下，经吸入管流入泵内，液体就是这样连续不断 从液池中被抽吸上来又连续不断地从排出管流出。基本参数：包括流量、扬程、 泵转速、配套功率、额定电流、效率、出水口管径等等。3.1.2深井泵的操作流程1. 电泵运行中要经常观察电流、电压表和水的流量，力求电泵在额定工况下 运行。2. 应用阀门调节流量、扬程，不得超载运行。有下列情况之一应立即停止运 行：(1) 额定电压时

32、电流超过额定电流20%时；(2) 电源电压过高或过低时(高于400v或低于360v)；(3) 额定扬程下，流量较正常情况吋降低较人；(4) 绝缘电阻低于0.5兆欧；(5) 动水位降至泵吸入口吋；（6）电器设备及电路不合规定吋；（7）电泵有突然声响或较大的震动时；（8）保护开关频繁跳闸时。3. 要经常不断的观察仪表，检查电器设备每半个月测一次电机绝缘电阻，电 阻值不低于0.5兆欧。4. 每排灌期（2500小时）进行一次检修保护，更换损坏的易损件。5. 电泵的起吊与装卸：（1）断开电源，拆除电缆接线；（2）用安装工具逐步拆卸出水管、闸阀、弯管，并用夹板将泵吊起取出井盖, 并用另一付夹板夹紧下一节输

33、水管，这样依次、逐节拆卸直至将泵吊出井外。（在 吊拆过程中，发现有卡住不能强行起吊，应上下左右活动克服卡点安全吊卸）；（3）拆下护线板，滤水网并从引线和三芯电缆或扁电缆接头处剪断电缆；（4）取出联轴器上锁圈，拧下固定螺钉，拆下连接螺栓，使电机、水泵分离;（5）放出电机内充水；（6）水泵的拆卸：用拆装扳手，卸下进水节，用拆装筒在泵下部冲击锥形套，叶轮松动后，取 出叶轮、锥形套，卸下导流壳，这样依次卸完叶轮、导流壳、上导流壳、止冋阀。（7）电机拆卸：依次拆下底座、止推轴承、推力盘、下导轴承座、连接座、甩砂器，取出转 子，拆下上导轴承座、定子等。6. 电泵的装配：装配前检查清洗各零部件的铁锈、污泥，

34、各配合面要涂黄油防锈，水泵大螺 纹联接处要涂铅油。（1）电机的装配次序：定子组装t下导轴承座组装t转子组装t推力盘- 轴头螺母- 止推轴承组 装一 底座组装一 上导轴承座组装一 骨架油封一 连接座。调整螺柱，使电机轴伸符 合规定的要求，然后上好调压膜、调压弹簧及盖。（2）水泵的装配：将轴和进水节固定在安装座上，用拆装筒将叶轮、锥形套固定在轴上，再装 上导流壳、叶轮这样依次装完上流壳、止回阀等。7. 电泵的保存电泵长期不用时，应及时放出电机内清水，表面擦拭干净，涂上防锈油，放 在比较清洁、干燥、无化学腐蚀的场所。电机内腔充满清水后，严禁放在温度为 0°c及以下的坏境条件下，否则必须放净

35、腔内清水，以防冻裂电机。3.1.3深井泵的操作技术1. 深井泵应使用在含砂量低于0.01%的清水源，泵房内设预润水箱，容量应 满足一次启动所预润水量。2. 新装或经过人修的深井泵，应调整泵壳与叶轮的间隙，叶轮在运转中不得 与壳体摩擦。3. 深井泵在运转前应将清水通入轴与轴承的壳体内进行预润。4. 深井泵启动前，检查项日应符合下列要求：（1）底座基础螺栓已紧固；（2）轴向间隙符合要求，调节螺栓的保险螺母已装好；（3）填料压盖已旋紧并经过润滑；（4）电动机轴承已润滑；（5）用手旋转电动机转子和止退机构均灵活有效。3.1.4停运水源井深井泵的实际应用深井泵是电机与水泵直联潜入水中工作的提水机具，它适

36、用于从深井提取地 下水，也可用于河流、水库、水渠等提水工程:主要用于农田灌溉及高原山区的人 畜用水，亦可供城市、工厂、铁路、矿山、工地供排水使用。由于深井泵是电机及 水泵体直接潜入水中运行的，其是否安全可靠性将直接影响到深井泵的使用以及 工作效率，因此，安全可靠性能高的深井泵也成为首选。在地下水源热泵空调系统中，经常一台深井泵的供水量能满足两台或更多热 泵机组所需的水量。但是在实际运行中发现，热泵机组人部分吋间都在部分负荷 运行，而深井泵一直处于满负荷运行，结果造成了电费及水费的大量增加。近几年来，变频调速技术以其显著的节能效果和可靠的控制方式在空调系统 中水泵和风机应用较多，并且其技术也比较

37、成熟，但在地下水源热泵空调系统中 深井泵供水应用，还很少见，但是却相当有必要。对沈阳地区的地下水源热泵应 用试点调查发现，在地下水源热泵空调系统屮，当热泵容量不大一台深井泵的供 水量能满足两台或更多热泵机组所需的水量。在实际运行中发现，热泵机组大部 分时间部分负荷运行，而深井泵一直在满负荷状态运行，结果造成了电费及水费 的大量增加。因此深井泵变频调速供水技术在地下水源热泵系统中的应用具有很 大的节能潜力。3.1.5停运水源井-深井泵的功能实现通过三维技术在虚拟场景中的应用使操作人员反复模拟场景练习，不仅 节省国家资源，更能保证操作者的安全。停运水源井深井泵模型逼真，结构准确，复杂度适中。实现三

38、维动画效果， 功能齐全，动画演示内容完整、准确，表现形式生动、合理。对停运水源井深井 泵的各部件进行构建，实现这些模型的高度仿真效果。3.2停运水源井-深井泵总体设计321系统设计目标本系统是停运水源井深井泵仿真系统，主要是模型展示和动画演示等内容。 利用三维建模软件3d max构建各个元件的模型，通过材质、贴图、灯光和模型 优化等处理技术，真实的描绘出各元件的模型，构建出停运水源井深井泵注水安 全操作的三维虚拟场景，供教学员工观看，达到让实习员工熟悉停运水源井深井 泵整个流程及安全注意事项。最终既能够使教学人员掌握真实操作技能，又避免 现场练习操作时由于业务的生疏产生危险后果的可能。3.2.

39、2系统模型的构建一个虚拟的场景中包含有许多模型，每一个模型的逼真度以及对系统资源的 使用都对最终合成的总场景的视觉效果和运行速度起着至关重要的作用。因此， 可以说三维模型的构建是整个工作中的重中之重叫 我们将其分布建模，这样可 以使我们更加清楚的完成模型。下图是建模流程如图3-1所示。图3-1建模流程图通过对停运水源井深井泵动画制作需求分析，首先利用3ds max建立三维场 景模型，然后添加说明性文字和语咅并进行动画的制作，最后实现整个场景的虚 拟仿真，我们对停运水源井深井泵进行框架分析，结构框图如图32所示。图3-2停运水源井-深井泵虚拟仿真系统结构框图员工虚拟仿真培训系统采用当前最先进的虚

40、拟现实技术所开发，旨在开发出 一套计算机环境下的采油员工操作过程的完全模拟。为了使系统更具完整性，每 个流程皆设计了演示、考核、训练三个模块。功能总概括如图3-3示：图3-3系统功能模块图第4章停运水源井深井泵虚拟场景的详细设计与实现4.1三维场景模型的构建三维虚拟场景的构建是整个建模过程的重点和关键。分块完成每一分区屮的 具体实体建模，每个模型所描绘的物体形状由构成物体的各个多边形、三角形和 顶点等来确定，物体外观则由其表面纹理、颜色、材质、光照系数等来确定何。4.1.1制作停运水源井-深井泵模型的创建在进行制作停运水源井-深井泵模型的制作过程中，我们对水源井房的整体建 模、电源开关的建模、

41、压力表的建模、水源井管线的建模、阀门的建模、流量计 的建模、仪表盒及其部件的建模等。下面介绍制作停运水源井-深井泵模型的基本步骤：（1）先观察、分析停运水源井-深井泵的各部件的构成与功能，记录下哪些 部件是固定不动的，哪些是需要做出动作效果的。（2）选择右面面板中的“创建”中的“儿何体j在下拉列表中选择“标准儿何 体"，然后选择立方体并将其变成可编辑多边形，最后进行点线面的编辑。（3）对上一步中创建的几何体进行修整，通过倒角、挤出、分线等命令细致 修改，例如，通过挤出命令和旋转命令来制作停运水源井深井泵的管线；在为立 方体加入可编辑样条线之后，利用分线命令完成部件线条的修改。（4）打

42、开“材质编辑制“贴图=“位图j在弹出的对话框中找到相应部 位所需的贴图的路径进行贴图处理，然后储能器的主体颜色则通过材质球白行调ii-tj o（5）打开“材质编辑器”，选中一个空白的材质球，然后点开环境色，在环境 色面板中调出适当的颜色，最后选择在场景中所需附材质的相应部件，通过“材质 编辑器"中的“指定材质给当前选择*命令和“在视口中显示贴图"命令完成停运水 源井深井泵的外观处理。下面介绍几个重要的建模过程：1. 注水系统水源井房模型的建立：首先单击对彖类型面板屮的cylinder |按 钮，在透视图中按住鼠标左键，上下拖拽出一个矩形，释放鼠标，矩形创建完毕。 在修改面板

43、屮修改相应的参数调整其大小并按enter键确认。单击矩形将其选中，转换为可编辑多边形进行点、线、面的修改。可编辑多 边形是一种可编辑对象，可以对模型的深层结构进行编辑，通过推、拉、删除、 创建平面和顶点等操作，对模型的基本组成结构进行修改。将三维模型转换为可 编辑多边形的方法为:选中模型,右键单击鼠标，在弹出的快捷菜单中选择convert to/convert to editable poly 命令。点击selection选项下的按钮选屮相应的面，依照照片的实际情况通过 extrudex insert、bevel> outline> auto smooth 等命令进行细致优化。在这

44、里我运用了一个特殊的命令一布尔命令。布尔对象通过对两个或多个其 他的对象执行并集、交集、差集和切割运算，将它们组合起来，从而得到新的对 象形态。利用布尔创建模型步骤如下：（1）创建一个长方体并调整到适合的位置;（2）在下拉列表中选择compound objects选项，在对象类型中单击boolean |按钮，使其变为黄色激活状态。（3）确定长方体为选择状态, 单击pick operands |按钮，使其变为黄色激活状态。（4）选择operation栏下的 ® subtraction（b-a）选项，在透视图中单击物体，完成布尔创建物体叫 如图41所示。图4-1布尔运算参数调节示意图2.

45、 通过上述过程完成的模型（1）注水系统水源井房模型的建立经过进一步操作最终形成如图42所示的模型。图4-2水源井房的整体模型（2）各电源开关的模型建立经过进一步操作最终形成如图4-3所示的模型。图4-3电源开关的模型（3）仪表盒及其部件的模型，经过进一步操作，形成最终图形，如下44所示。图4-4仪表盒及其部件的模型3 注水系统水管线模型的建立：创建圆柱体将其转换为可编辑多边形，选中 顶面右键单击extrude挤压，单击使其变为黄色激活状态，单击角度捕捉按钮右 键单击弹出grid and snap settings对话框，将参数angle调整为18度并确定。此时拖 拽旋转则每动一次旋转18度，重

46、复该操作即呈现出管线旋转90度的效果。如图45 所示。图4-5水泥车管线模型4. 阀门建模：在“透视”视口的场景中创建圆柱体并安放到适当的位置作为阀 门。选择制作完成的整组阀门，按住shift键的同时拖动物体，复制得到另一组阀 门。将建模完成的阀门放置在注水系统水管线上，通过缩放键调整其大小。选择注水系统水管线模型，在菜单栏中执行“gnmp/gnnqt命令，将模型组成为一个整 体。如图46所示。图4-6阀门模型5. 流量控制阀门模型的建立：创建圆柱体将其转换为可编辑多边形，选中顶面 右键单击extrude挤压，对出现的图形进行bevel倒角，bevel倒角之后，对模型进行 inset, z后在

47、进行extrude挤压，形成一个整体。如图47所示。图4-7流量控制阀门模型6. 压力表模型的建立：创建圆柱体将其转换为可编辑多边形，选中顶面右键单 击extrude挤压，删除多余的线，我们把其变成一个矩形，对出现的图形进行bevel 倒角，bevel倒角z后，在进行对extrude挤压，形成一个整体。将完成的圆柱进行贴图操作。如图48所示。图4-8压力表模型7. 停运水源井深井泵完整模型：当停运水源井深井泵所有部件建模完成后， 需要合并到一个视图屮，“文件"菜单下的“合并”选项可以完成该任务。当各个构件 并到视图中时，若它们之间的比例不太协调，这时要调整构件之间的比例，使之 恰当的

48、摆放在场景屮。如图49所示。图4-9停运水源井-深井泵模型4.1.2整体材质的调节一、材质的知识1. 材质构成1 .材质的构成这里所谓的材质构成是用于描述材质视觉和光学上的展性，主要包括：颜色 构成、高光控制、自发光和不透明性，另外使用的shader类型不同，标准材质的 构成也有所不同问。颜色构成：一个“单一颜色"的表面由于光影的作用，通常会反映出多种颜色， 3d max屮绝大部分的标准材质是通过四种颜色构成对其进行模拟。ambient（环境色）：物体阴影区域的颜色。diffuse（过渡色）：普通照明情况下物体的“原色二specular（高光色）：物体高亮照射部分的颜色。这三部分构成

49、，分别代表着物体的三个受光区域。此外述有filter color（il滤色）：光线穿过物体所传播的颜色。只有当物体的 不透明属性低于100%时才出现。高光控制：不同的shader类型对标准材质的高光控制也各不相同，但大部分 都是有多个参数进行控制的，如glossiness（光泽度）、specular level（高光级別）等。自发光：自发光可以模拟物体从内部进行发光的效果。不透明性：不透明性是物体的和对透明程度，降低不透明性，物体会变得更 为透明。以上绝大部分的材质构成都可以指定贴图，诸如过渡色、不透明性等，通过 贴图可以使材质的外观更为复杂和真实。2. 材质编辑器的使用使用材质编辑器能够给场

50、景中的对象创建五彩缤纷的颜色和纹理表面属性。 在材质编辑器中有很多工具和设置可供选择使用。要在场景中使用材质，我们必须将材质赋予场景中的对象，下边是3d max为 虚拟模型添加材质的过程：（1）首先我们需要创建一个场景；（2）选择场景中的模型；（3）在材质编辑器中选择一个示例框，然后将材质赋予选择物体，现在被激 活的材质已经赋予模型对象了；（4）或同时选择场景中的物体，回到材质编辑器中选一个示例框，并直接用 鼠标将材质拖到视窗中被选中的物体上，这时物体被赋予了材质。二、简析本系统中的材质3d max中所有的材质和贴图的调节都是在材质编辑器对话框中完成的，材质编辑器对话框提供创建和编辑材质以及贴

51、图的功能。下面我们以玻璃材质的设置为例简述本系统的材质的应用： 玻璃材质：shader basic parameters（明喑基本参数）：glass-clear （透明玻璃） glass basic parameters（玻璃基本参数）如图410所示。physical qualitiesdiffuse color:diffuse map:1100.0shininess:1100.0t ransparency:| 65.0t ranslucency:10.0noneindex of refraction: j1.5luminance cd/m2: | 0-raw diffuse texture图

52、4t0玻璃基本参数maps（贴图）：reflection-raytrace（光线跟踪），但在渲染前，要选择菜单栏中的 "rendeting"选项下面的"raytracer settings",在弹岀的面板中，勾选“global ray artialiaser,用来进行抗锯齿处理。三、整体材质的调节1.金属材质为了使整个场景更加真实，停运水源井深井泵表面需要体现一种金属质感，这种金属质感的调节如下所示：单击按钮弹岀material editor对话框，选择-个空的材质球，单击standard按钮打开material/map browser对话框，金属材质的

53、漫 反射和反射参数如图411和图412所示。|228t96red:i)230 ：green:1230 ：blue:1230 :s at:value:230sat: ivalue: iok i cancelok cancel图4t1漫反射基本参数图4t2反射基本参数2. 模型贴图由于我们对所做油id注水系统停运水源井深井泵的要求极高，所以要求其效 果极其逼真，而我们所有的贴图库不能完全的满足我们对于贴图的要求。因此， 在做这个项目之前，我们需要去现场搜集一些关于停运水源井深井泵的材质照 片，用来建模过后的贴图使用。为对象赋予材质和贴图是三维创作的必要过程， 从广义上讲，贴图属于材质，但材质不属于

54、贴图，两者不能混为一谈。材质的调 节相对有难度，要想制作逼真的材质效果，除了多加练习、积累经验外，还需要 具有敏锐的观察力。3dmax中所有材质和贴图的调节都是在“材质编辑器”对话框屮完成的，“材 质编辑器'，对话框提供创建和编辑材质以及贴图功能。单机菜单栏中的“贴图'，按钮 (或按键盘上的w键)可以弹出“材质编辑器”对话框，停运水源井深井泵的有 些部件需要有金属光泽等特性，就要对其赋予特殊的材质，调整其物 体的颜色、质感、光纤、透明度、图案等。贴图就是把一张位图包裹到一个模型的表面，使模型呈现出此位图所表现的 画面。贴图也属于材质，它为模型添加一些细节而不会增加它的复杂度。首

55、先选 中需要赋材质的平面，单击吕"按钮弹出material editor话框，选择一个示例球。 单击diffuse后的空白按钮选择位图文件并确定。单击材质编辑器中的治按钮，将 材质赋予场景屮的平面，单击/按钮，在透视图屮观看贴图效果。然后单击w按 钮，进入修改而板，在弹出的下拉列表中选择uvwmapping修改器并将默认的参数planar修改为box。最后选择unwrap uvw修改器， 单击edit按钮弹出edit uvws对话框，选择mapping->unfold mapping->oko(1) 压力表贴图后的效果图，如下图4-13o图4-13压力表贴图（2）电源开关

56、贴图后的效果图，如下图414。图4t4电源开关贴图（3）仪表盒里各部件的贴图后效果图，如下图415。图4-15仪表盒里部件的贴图4.1.3灯光的使用3d max屮的灯光可以模拟真实世界屮的发光效果，如各种人工照明设备或 太阳，也为场景中的儿何体提供照明。3d max提供了多种灯光对象，用于模拟 真实世界不同种类的光源。通过为场景添加灯光可以增强场景的真实感，增加场 景的清晰程度和三维纵深度，达到一个丰富并具有色彩的光线环境。3d max提供标准灯光和光度学灯光这两种类型的灯光,另外还有一些mental ray专用灯光，所有类型在视口中显示为灯光对象。它们共享相同的参数，包括 阴影生成器。在默认状态下，3d max系统提供了一盏泛灯光以照亮场景，如果 创建了新的灯光，系统屮的默认灯光就会自动关闭。在停运水源井深井泵建模工作完成后，需要对场景添加灯光，灯光的添加有 利于材质的显示以及出现阴影效果。标准灯光是基于计算机模拟灯光对象，包括聚灯光、泛灯光、平行光、天光等, 可用来模拟各种灯光设备。光度学灯光使用光度学（光能）值，通过这些值可以 更精确的定义灯光，可以创建具有